[发明专利]一种利用废电池制备三元正极材料前驱体的方法

说明书

技术领域

本发明涉及三元正极材料前驱体的制备方法，具体是一种利用废电池制备三元正极材料前驱体的方法。

背景技术

废旧电池的回收与资源化利用不仅是环境保护和开拓国际电池市场的需要，而且是缓解我国战略金属资源紧缺局面、促进我国电池行业可持续发展的必然选择。废旧二次电池含有数量不等的重金属或稀贵金属元素（如普通锂离子电池含有钴20%、铜10%、铝4.7%、铁2.5%和锂0.1%等；镍氢电池含30%的镍、4%的钴和10%左右的轻稀土金属），而我国钴、铜、镍资源短缺，国内有着大量的电池生产厂家，通常镍氢电池和锂离子电池生产过程中会产生一定量的边角料和1~2%的次废品，含有大量的镍钴有价金属，每年的产生量为数千金属吨，这些有价金属如不回收利用，会对环境造成污染。因此必须对废电池进行资源化利用或无害化处理，以满足环保和国际电池市场对生产者责任制的要求。废旧电池的资源化循环利用已成为电池行业普遍关注的难题。

镍钴锰三元正极材料是一种新型锂离子电池正极材料，具有容量高、热稳定性好、价格低廉等优点，可广泛用于小型锂电池及锂离子动力电池，是一种非常接近于钴酸锂的产品，其性价比远高于钴酸锂，容量比钴酸锂高10~20%，是最有可能取代钴酸锂的新型电池材料之一，被称为第三代锂离子电池正极材料，其正极材料国内年需求量以20%的年增长速度逐渐取代钴酸锂。目前，三元正极材料前驱体的生产采用硫酸镍结晶、硫酸钴结晶等为主要原料，生产成本高。

通过处理废电池得到的镍钴元素，可以用来生产三元正极材料前驱体。这既有利于资源再生利用和环境友好发展，又能降低三元正极材料前驱体的生产成本。目前国内外处理镍钴废物料的工艺方法，通常采用冶金化学方法，其典型的工艺流程有：首先镍钴废物料通过酸浸，把含镍钴在内的有色金属溶解在酸溶液里，再通过冶金净化手段把镍钴之外的其金属元素除去，得到镍钴比较纯净的溶液。最后采用氧化-还原的冶金工艺手段，分别得含量比较高的镍渣或钴渣，再做进一步处理。但是冶金化学方法工艺复杂、提取成本高，非常不经济，因此现在还缺乏通过回收废电池得到三元正极材料前驱体的有效方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种有效利用废电池制备三元正极材料前驱体的方法。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种利用废电池制备三元正极材料前驱体的方法，其步骤为：

（1）      拆分废电池，去除包装物和电池负极，得到废电池正极材料；

（2）      焙烧废电池正极材料，除去正极材料中的有机物质；

（3）      用硫酸溶解经过焙烧的废电池正极材料，得到废电池正极材料溶液；

（4）      用萃取的方法分离除去废电池正极材料溶液中的杂质，得到硫酸钴溶液和硫酸镍溶液，然后在硫酸镍溶液中加入硫酸钴，并补充锰元素或铝元素，配成生产三元正极材料前驱体的混合液；

（5）      常温下搅拌所得混合液，同时加入氨水，然后加热混合液，同时加入氢氧化钠溶液，反应生成三元正极材料前驱体沉淀；

（6）      将三元正极材料前驱体沉淀洗涤、干燥得到三元正极材料前驱体。

进一步地，所述废电池是废锂离子电池、废镍镉电池和废镍氢电池的一种或多种。

进一步地，所述三元正极材料前驱体是镍钴铝前驱体或镍钴锰前驱体。

进一步地，所述步骤（2）焙烧的温度是800~1000℃。

进一步地，所述步骤（3）硫酸的浓度是4~8mol/L。

进一步地，所述步骤（3）的废电池正极材料溶液中镍和钴的总含量达到3~4N。

进一步地，将所述步骤（3）得到的废电池正极材料溶液用氧化沉淀法除去其中的铁杂质，使铁含量≤10ppm。

进一步地，所述步骤（4）的萃取包括以下步骤：

1）              用P204萃取法除去废电池正极材料溶液中的锰、铜、钙、锌杂质，使溶液中锰含量≤5ppm，铜含量≤1ppm，钙含量≤5ppm，锌含量≤5ppm；

2）              用P507萃取法分离硫酸镍和硫酸钴，分别得到硫酸镍溶液和硫酸钴溶液，使硫酸钴溶液中镁含量≤10ppm；

3）              用N290萃取法除去步骤2）硫酸镍溶液中的镁杂质，使硫酸镍溶液中镁含量≤5ppm。

进一步地，所述步骤（4）补充锰元素是以锰盐形式补充锰元素，比如硫酸锰，补充铝元素是指以铝盐形式补充铝元素，比如硫酸铝。